科技眼:美国开启第二次太空竞赛 中国航天面临多重压力

2014-12-08 16:13:56 参与评论()人

科技眼:美国开启第二次太空竞赛 中国航天面临多重压力

“猎户座”飞船首次升空

2014年12月5日,美国成功测试了“猎户座”太空飞船,这是1972年12月阿波罗17号进行最后一次载人登月后,首个外层空间载人探索计划。美国已经将轨道运输等任务交给更具“经济性”的私营公司,官方集中精力于技术更复杂的挑战,以官民两线出击的方式开启了人类历史上第二次“太空竞赛”。

承担此次猎户座发射任务的是联合发射联盟(ULA)的“德尔塔-4”重型火箭,是迄今为止唯一全部采用氢氧发动机的火箭,其RS-68发动机真空推力344吨。相比之下,中国现役的YF-73、YF-75两种氢氧发动机,最大推力只有5吨和8吨,正在研制中长征5号使用的YF-77发动机最大真空推力也只有50吨。

采用氢氧发动机火箭燃料质量最轻,比冲强劲、容易调节,而且较为环保,目前只有美国、俄罗斯、中国、法国、日本和印度拥有该项技术。以嫦娥三号探月工程为例,多窗口、窄宽度发射和高精度入轨的要求,只有可重复启动、单位比冲高的氢氧发动机才能完成。而且,发动机单位质量燃料产生的推力越大,也就意味着探测器可携带更多有效载荷。

中国新一代运载火箭长征五号预计2年之内在海南发射场实现首飞。长征五号近地轨道运载能力25吨,地球同步转移轨道运载能力14吨,是现役的长征系列运载火箭最大运载能力的两倍左右,主要用于发射大吨位的近地轨道航天器,如空间站、大型低轨遥感卫星等。国产重型运载火箭(传说中的长征九号)计划在2030年左右实现首次飞行,前提是顺利突破大推力发动机等技术难题。从某种意义上说,当前中美火箭发展的路线完全相反。美国是利用成熟技术、按照尽可能经济的原则在短时间内“攒”出一系列火箭。中国则是通过几个重点型号,推动国产火箭发动机技术的发展,在成本上有着天然劣势。

承担此次猎户座发射任务的联合发射联盟是波音公司(Boeing)与洛克希德-马丁公司(Lockheed Martin)联手成立的一家大型合资企业,该公司的主要业务是承接美国联邦政府的合同,并负责将诸如GPS卫星等设备发射进入太空轨道。在航天发射领域,轨道科学公司和太空探索技术公司两个美国私企实力也十分强劲,在国际商业发射领域给中国的长征系列火箭带来了不小的压力。

上次爆炸的“安塔瑞斯”火箭和“天鹅座”飞船由轨道科学公司研制,用于向国际空间站运送货物。为了降低成本,安塔瑞斯火箭的第一级使用的是Aerojet Rocketdyne公司提供的AJ-26发动机。这些发动机是上世纪60年代前由当时的苏联制造的,后来被进口到美国,翻新之后用在了安塔瑞斯火箭上。这次的事故很可能就是这些苏联发动机老化问题引起的。轨道科学公司一直在寻找替代产品,今年4月份轨道科学公司宣布与阿连特技术系统公司合并,由阿连特为“安塔瑞斯”中型火箭提供第一级发动机。

另外一家私营航天企业太空探索技术公司(SpaceX),由著名的“钢铁侠”埃隆·马斯克(Elon Musk)创立,设计制造的龙式飞船(Dragon)和猎鹰9号火箭(Falcon 9)已为NASA执行3次货运任务,没有出现意外情况。SpaceX获得了来自NASA的26亿美元订单,将美国航天员送至国际空间站 (ISS),而其竞争对手波音的报价高达42亿美元。SpaceX以善于控制成本著称,其商业发射报价比长城公司还低10%以上,但这并不是使用老旧成熟技术的缘故,“钢铁侠”的小伙伴们在技术上同样很出色。

SpaceX的首个载人航天飞船——第二代龙飞船,一次能搭载七名机组成员,可以垂直降落,有望于2016年正式执行运送宇航员往返国际空间站的任务。SpaceX还计划在2020年前研制出LEO运力达到75吨运载火箭,用于探月等需要大运力的宇航任务。如果有实际的商业需求,SpaceX很可能成为继NASA之后第二个将人类送上月球的组织,这无疑将使“登月壮举”的象征意义大打折扣。

更为疯狂的是,埃隆·马斯克表示,无论NASA的火星探测成果如何,他的SpaceX太空船将于2026年将人类带上火星。这番言论也许有些自大,但从这个想死在火星上的“狂人”嘴里说出来,可不能小觑。保守一点估计,即使SpaceX无力单独完成此番壮举,至少可以给NASA提供一些备选方案。

此番由美国开启的太空竞赛,虽然没有当年苏联那样实力相当的对手跟进,但也不乏响应者。欧盟、俄罗斯、日本、印度等陆续公布了大推力火箭,登月,深空探测等计划,都想在力所能及的范围内有所斩获,这无疑给中国航天带来了一些压力。想必在星辰大海的征途中,一定会很热闹。(西陆科技眼 东风)